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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formieren mehrerer Batteriezellen, bei dem wenigstens zwei der Batteriezellen miteinander verpresst sowie zum Formieren aufgeladen und entladen werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Formieren mehrerer Batteriezellen, mit einer Halteeinrichtung zur Halterung der Batteriezellen und einer Einspanneinrichtung zum Verpressen der Batteriezellen miteinander. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie mit mehreren Batteriezellen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Batterie und einer mit der Batterie Antriebsenergie übertragend verbundenen Antriebsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Verfahren und Vorrichtungen zum Formieren von Batteriezellen sind allgemein bekannt. Beim Formieren und insbesondere beim Aufladen der Batteriezellen dehnen sich diese aus. Um die Batteriezellen effizient formieren zu können, ist es erstrebenswert, die Ausdehnung der Batteriezellen zu verhindern oder zumindest zu verringern. Hierzu werden die Batteriezellen miteinander verspannt und insbesondere gegeneinander gepresst. Beispielsweise wird ein Spannband aus Metall stramm um die Batteriezellen gewickelt und gespannt, sodass sich die Batteriezellen zumindest in einem Abschnitt, an dem sie am Spannband oder aneinander anliegen, nicht mehr ausdehnen können.
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Da metallische Spannbänder einen sehr hohen Elastizitätsmodul aufweisen, steigt eine durch das Spannband hervorgerufene Druckkraft bereits bei geringen Ausdehnungen der Batteriezellen schnell an. Dabei ist nachteilig, dass die Druckkraft zum Beispiel durch Setzvorgänge von Gehäusen der Batteriezellen schnell wieder abnimmt und schwer kontrollierbar ist.
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Zwischen den Batteriezellen angeordnete Isolierfolien zur elektrischen Trennung der Batteriezellen voneinander können darüber hinaus durch das Verspannen beschädigt werden. Beispielsweise können selbst kleinste und zwischen den Batteriezellen vorhandene Partikel durch die auftretenden Druckkräfte die Isolierfolie beschädigen, sodass ein Kurzschluss zwischen den Batteriezellen entsteht. Insbesondere bei in Reihe verschalteten Batteriezellen können sich hierdurch hohe Spannungen entladen und die Batteriezellen beschädigen. Derartige Beschädigungen sind nicht zwangsläufig direkt nach dem Formieren der Batteriezellen erkennbar. Folglich ist bei mit den bekannten Verfahren formierten Batteriezellen die Lebensdauer einer diese Batteriezellen aufweisenden Batterie potenziell verringert oder zumindest der Ausschuss der Batteriezellen nach dem Formieren erhöht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Formieren mehrerer Batteriezellen der eingangs genannten Art bereitgestellt, bei dem zumindest ein Abschnitt eines elastisch verformbaren Ausgleichselements vor dem Verpressen zwischen den Batteriezellen angeordnet und beim Verpressen gegen die Batteriezellen gedrückt wird. Ferner wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Formieren mehrerer Batteriezellen der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei deren Halteeinrichtung ausgebildet ist, zusätzlich zu den Batteriezellen wenigstens ein zumindest abschnittsweise zwischen den Batteriezellen angeordnetes Ausgleichselement zu halten. Des Weiteren ist erfindungsgemäß eine Batterie mit mehreren Batteriezellen der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei die Batterie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren formiert ist. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Batterie der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei die Batterie eine erfindungsgemäße Batterie ist.
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Durch diese einfachen Maßnahmen ist es möglich, die Kraft der Verspannung gleichmäßig zwischen den verspannten und zu formierenden Batteriezellen zu verteilen. Die Druckkraft wird ferner durch das Ausgleichselement aufgebracht, das auch bei vergleichsweise großen Spannwegänderungen eine geringe Änderung der Druckkraft bewirkt. Folglich resultieren beispielsweise Setzvorgänge der Batteriezellen nicht in schnell wieder abnehmender Druckkraft, die hierdurch besser kontrollierbar ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
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Um das Formieren der Batteriezellen einfach vorbereiten zu können, kann zumindest eine der Batteriezellen vor dem Verpressen in eine durch das Ausgleichselement wenigstens abschnittsweise ausgeformte Aufnahmetasche eingesetzt werden.
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Die durch die Einspanneinrichtung ausgeübte und die Batteriezellen verpressende Druckkraft kann über einen Abschnitt des oder eines weiteren Ausgleichselements an die Batteriezellen geleitet werden, um punktuelle mechanische Belastungen der Batteriezellen zu vermeiden.
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Nach dem Formieren kann das Ausgleichselement zwischen den Batteriezellen belassen werden, sodass das Anordnen eines Isolierelements und beispielsweise der Isolationsfolie zwischen den Batteriezellen nicht mehr notwendig ist, insbesondere, wenn das Ausgleichselement elektrisch isolierend ausgebildet ist.
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Die Vorrichtung zum Formieren kann das wenigstens eine Ausgleichselement aufweisen oder zumindest bereitstellen. Dabei kann das Ausgleichselement entweder nach dem Formieren in der Vorrichtung oder zwischen den Batteriezellen verbleiben.
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Ein die mit dem Ausgleichselement verspannten Batteriezellen aufweisendes Batteriezellenpaket kann in ein Gehäuse einer Batterie eingesetzt werden. Insbesondere, wenn alle miteinander verspannten Batteriezellen erfolgreich formiert wurden, lässt sich somit der Montageaufwand der Batterie erheblich reduzieren.
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Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsformen kann das Ausgleichselement zumindest abschnittsweise plattenförmig und entlang einer Ebene ausgebildet sein, wobei das Ausgleichselement quer zu der Ebene elastisch komprimierbar ist. Insbesondere, wenn die Batteriezellen im Wesentlichen kastenförmig, also prismatisch oder zylindrisch mit einer rechteckigen Grundfläche, ausgestaltet sind, kann das Ausgleichselement als zwischen den beiden Batteriezellen angeordnete Platte oder Matte ausgeformt sein. Parallel zu der Ebene kann das Ausgleichselement bemessen sein, um nicht über die Batteriezellen herauszuragen. Vorzugsweise entsprechen Maße des Ausgleichselements parallel zur Ebene im Wesentlichen Maßen der Batteriezellen. Ein von den Batteriezellen auf das Ausgleichselement wirkender Druck wird hierdurch möglichst großflächig verteilt. Die Ebene ist, wenn die Batteriezellen zum Formieren miteinander verspannt sind, in der Haltevorrichtung senkrecht zu einer Stapelrichtung der Batteriezellen und beispielsweise vertikal orientiert.
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Um die Batteriezellen gegen ungewolltes Verschieben in der Haltevorrichtung zu sichern, kann diese zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten aufweisen. Das zwischen den Batteriezellen zumindest abschnittsweise elastisch zusammengedrückte Ausgleichselement kann eine der Spannkraft entgegengesetzte Druckkraft hervorrufen, wobei entgegengesetzt ausgerichtete Komponenten der Druckkraft jeweils auf eine der Stirnseiten gerichtet sind und insbesondere einwirken. Beispielsweise können an die Stirnseiten angrenzende Batteriezellen durch die Druckkraft kraft- beziehungsweise reibschlüssig mit den Stirnseiten verbunden sein, sodass die Batteriezellen nicht ohne Weiteres quer zu den Stirnseiten bewegbar sind. Alternativ oder zusätzlich zu den Stirnseiten können die Batteriezellen mit dem Spannband verspannt sein. Die Haltevorrichtung ist zum Beispiel Teil eines Gehäuses einer Batterie.
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Sollen mehr als zwei Batteriezellen formiert werden, kann zwischen allen Batteriezellen wenigstens ein Ausgleichselement oder ein Abschnitt des Ausgleichselements vorgesehen sein. Ferner können alle zu formierenden Batteriezellen zwischen zwei der plattenförmigen Ausgleichsmatten angeordnet sein, sodass von den Stirnseiten oder dem Spannband auf die Batteriezellen ausgeübte Druck- oder Haltekräfte über diese äußeren Ausgleichselemente auf die Batteriezellen übertragen und hierdurch punktuelle mechanische Überlastungen vermieden werden.
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Alternativ kann das Ausgleichselement Aufnahmetaschen für die Batteriezellen aufweisen, wobei je eine der Batteriezellen in eine der Aufnahmetaschen einsetzbar oder schon eingesetzt sein kann. Das Ausgleichselement kann mehr als eine Ausgleichsmatte aufweisen, wobei jede der Aufnahmetaschen parallel zur Stapelrichtung und insbesondere zur Längsrichtung von einer der Ausgleichsmatten begrenzt ist.
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In der Stapelrichtung nacheinander angeordnete Aufnahmetaschen können sich senkrecht zu Stapelrichtung in entgegengesetzte Richtungen öffnen. Dies hat den Vorteil, dass das Ausgleichselement einfach aus einer Ausgleichmatte geformt sein kann, die mäandernd oder in Schlaufen gelegt die Taschen ausbildet. Jede zweite der Aufnahmetaschen öffnet sich bei einem derart ausgestalteten Ausgleichselement in einer Höhenrichtung, entgegen der die Batteriezellen in die jeweilige Aufnahmetasche einsetzbar sind. Die anderen Aufnahmetaschen öffnen sich entgegen der Höhenrichtung. Diese Aufnahmetaschen oder -kappen können zum Beispiel auf bereits in der Halteeinrichtung angeordnete Batteriezellen aufgesetzt werden oder sein.
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Sich parallel zur Stapelrichtung erstreckende und die Ausgleichsmatten miteinander verbindende Abschnitte der Aufnahmetaschen können einen Deckel oder einen Boden der jeweiligen Aufnahmetaschen ausbilden. Zumindest ausgewählte und insbesondere alle Böden oder Deckel, die die Aufnahmetaschen oder -kappen in der Höhenrichtung verschließen, können mit mindestens einer Kontaktöffnung zur Kontaktierung von Anschlusskontakten der Batteriezellen versehen sein. Die Kontaktöffnungen sind beispielsweise in die mäanderförmige Ausgleichsmatte gestanzt oder anderweitig ausgeformt.
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Das Ausgleichselement kann pro Batteriezelle eine Aufnahmetasche aufweisen. Ferner können zusätzliche Aufnahmetaschen für weitere Elemente der Batterie vorgesehen sein.
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Besonders einfach und preiswert lässt sich das Ausgleichselement wenigstens abschnittsweise aus einem Elastomer fertigen. Beispielsweise kann das Ausgleichselement, also die Ausgleichsplatte, die Ausgleichsmatte oder die Aufnahmetasche, aus dem Elastomer gegossen sein. Andere flexible Materialien und insbesondere Kunststoffe können ebenfalls zur Herstellung des Ausgleichselements verwendet werden.
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Das Ausgleichselement kann ein Elastomer aufweisen oder sogar zumindest abschnittsweise daraus bestehen, wobei der Elastomer ein vernetzter oder vulkanisierter Elastomer auf Olefinbasis sein und eine Elastizität beziehungsweise Härte von bis zu und insbesondere mehr als 65 Shore aufweisen kann. Insbesondere Polypropylen und beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk sind geeignete Elastomere. Zusätzlich zum oder anstelle des Elastomers kann das Ausgleichselement ein Polymer, beispielsweise Polyester, Polypropylen, insbesondere schwer entflammbares Polypropylen, Epoxid, Epoxidharze, Polyurethan oder Polycarbonat oder Mischungen aus diesen und womöglich auch anderen Materialien aufweisen oder daraus zumindest abschnittsweise bestehen. Zusätzlich oder alternativ können stützende Strukturen, wie z. B. Federelemente, etwa aus Federstahl, Gewebeverstärkungen oder Armierungen, jeweils beispielsweise aus Glasfaser, an oder in den Ausgleichselementen vorgesehen sein. Insbesondere bei Kunststoffen mit einer vergleichsweise hohen Steifigkeit muss eher durch beispielsweise die Strukturen der Verformung entgegengewirkt werden.
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Um beim Formieren von den Batteriezellen erzeugte Abwärme abführen zu können, kann das Ausgleichselement zumindest abschnittsweise ausgestaltet sein, die Abwärme aufzunehmen und/oder abzuleiten. Hierdurch ist die Temperatur der Batteriezellen vorzugsweise bei deren Sollbetriebstemperatur stabilisierbar.
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Geeignete Materialien um die Abwärme abzuführen sind z. B. Silikon- bzw. Epoxid-basierend. Das Ausgleichselement kann ferner zusätzlich oder alternativ mit thermischen Leitern, etwa Metallteilen, durchsetzt, gefüllt oder beschichtet oder z. B. durch Glasfasern gewebeverstärkt bzw. armiert sein. Vorzugsweise weist das Ausgleichselement eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1W/mK auf.
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Um die gewünschte Temperatur der Batteriezelle und insbesondere deren Sollbetriebstemperatur zu halten, kann das Ausgleichselement ein Phasenwechselmaterial aufweisen. Vorzugsweise ändert das Phasenwechselmaterial bei einer vorgegebenen Temperatur und insbesondere bei der Sollbetriebstemperatur der Batteriezelle seine physikalischen Eigenschaften, sodass die Abwärme der Batteriezelle nicht zu einer weiteren Erwärmung des Phasenwechselmaterials, sondern zur Änderung von dessen physikalischen Eigenschaften führt. Die physikalischen Eigenschaften des Phasenwechselmaterials können beispielsweise dessen Aggregatzustand oder Modifikation beziehungsweise Mikrostruktur sein. Geeignete Phasenwechselmaterialien sind zum Beispiel Aluminium oder Kunststoffe, z. B. umschlossene Schaumstrukturen, und insbesondere Polyimide, die etwa als Folien ausgebildet und mit Wärmeleitwachsen beschichtet sein können.
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Mit einer mehrere Batteriezellen aufweisenden Batterie kann beispielsweise ein zumindest teilweise oder sogar vollständig elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit Antriebsenergie versorgbar sein. Das eingangs genannte Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein solches Kraftfahrzeug.
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Zumindest eine der Batteriezellen der Batterie kann auf Lithiumbasis ausgebildet und vorzugsweise eine Lithium-Ionen-Batteriezelle sein.
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Zeichnungen
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Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsform können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
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2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ausgleichselements, und
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3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Formieren mehrerer Batteriezellen.
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Aufbau und Funktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zunächst mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Formieren von Batteriezellen schematisch in einer Explosionsdarstellung mit einem Gehäuse 2 und mehreren Batteriezellen 3. Zwischen wenigstens zwei der Batteriezellen 3 ist ein Ausgleichselement 4 vorgesehen. Das Gehäuse 2 kann Teil einer Halte- oder einer Einspanneinrichtung der Vorrichtung 1 und womöglich Teil eines Gehäuses einer Batterie sein.
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Insbesondere ist mit der Vorrichtung 1 eine Vielzahl von Batteriezellen 3 formierbar, die in einer beispielsweise zur Längsrichtung L der Vorrichtung 1 verlaufenden Stapelrichtung S hintereinander angeordnet sind.
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Zumindest zwischen ausgewählten Batteriezellen 3 kann jeweils ein Abschnitt eines Ausgleichselements 4 angeordnet sein. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 weist die Vorrichtung 1 mehrere und insbesondere fünfzehn Ausgleichselemente 4 auf, wobei die Batteriezellen 3 und die Ausgleichselemente 4 in der Stapelrichtung S abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Die stapelförmig angeordneten Batteriezellen 3 und Ausgleichselemente 4 bilden ein Batteriezellenpaket 5, das sich in beziehungsweise entgegen der Stapelrichtung S erstreckt und an zumindest einem seiner in oder entgegen der Stapelrichtung S weisenden Enden entweder mit einer Batteriezelle 3 oder einem Ausgleichselement 4 abschließen kann.
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Die Ausgleichselemente 4 sind im in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen plattenförmig als Ausgleichsmatten M ausgebildet, die parallel zu den Batteriezellen 3 und einer Ebene E ausgerichtet sind. Parallel zu der sich vorzugsweise senkrecht zur Stapelrichtung S und insbesondere zur Längsrichtung L erstreckenden Ebene E überragen die Ausgleichselemente 4 die Batteriezellen 3 nicht. Bevorzugt entspricht die Größe der verpressten Ausgleichselemente 4 parallel zur Ebene E im Wesentlichen der Größe der Batteriezellen 3 in derselben Richtung.
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Das Gehäuse 2 umfasst einen Boden 6, einen Deckel 7 und einen zwischen dem Boden 6 und dem Deckel 7 angeordneten Gehäusekörper 8. Der Gehäusekörper 8 ist in beziehungsweise entgegen einer zum Beispiel senkrecht zur Längsrichtung L weisenden Höhenrichtung H der Vorrichtung 1 offen. Der Boden 6 beziehungsweise der Deckel 7 ist ausgebildet, den offenen Gehäusekörper 8 zu verschließen. Zumindest der Boden 6 kann am Gehäusekörper 8 befestigt oder sogar ein integraler Bestandteil des Gehäusekörpers 8 sein.
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Parallel der Längsrichtung L umschließt der Gehäusekörper 8 ein freies Volumen V zur Aufnahme der Batteriezellen 3 beziehungsweise des Batteriezellenpaketes 5. Ist das Batteriezellenpaket 5 außerhalb des Gehäusekörpers 8 angeordnet und ist das wenigstens eine Ausgleichselement 4 im Wesentlichen kräftefrei zwischen den Batteriezellen 3 vorgesehen, so kann eine Länge A des Batteriezellenpaketes 5 in der Stapelrichtung S größer sein als eine Länge B des freien Volumens V in der Stapelrichtung S. Ist das Batteriezellenpaket 5 zum Beispiel durch ein nicht dargestelltes Spannband oder einen Spanngurt verspannt oder anderweitig komprimiert und entgegen der Höhenrichtung H in den Gehäusekörper 8 eingesetzt, so kann die Länge A des Batteriezellenpakets 5 der Länge B entsprechen. Insbesondere das wenigstens eine Ausgleichselement 4 kann elastisch zwischen den Batteriezellen 3 komprimiert sein, sodass eine Dicke D in der Stapelrichtung S des verpressten Ausgleichselements 4 geringer ist, als wenn das Ausgleichselement 4 nicht verpresst ist.
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Ist das Batteriezellenpaket 5 verpresst, so ruft das wenigstens eine Ausgleichselement 4 eine elastische Druckkraft F hervor, die in und entgegen der Stapelrichtung S zum Beispiel auf Seitenwände 9, 10 des Gehäusekörpers 8 einwirkt. Insbesondere kann die Druckkraft F Außenseiten 11, 12 des Batteriezellenpaketes 5 gegen an das freie Volumen V angrenzende und in beziehungsweise entgegen der Stapelrichtung S weisende Stirnseiten 13, 14 der Seitenwände 9, 10 drücken.
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Optional kann mit dem Batteriezellenpaket 5 eine Leistungseinheit 15 der Vorrichtung 1 oder für eine Batterie im Gehäuse 2 angeordnet sein. Die Batteriezellen 3 können Batteriezellenenergie leitend mit der Leistungseinheit 15 verbindbar sein. Die Leistungseinheit 15 kann mit wenigstens einem Kontakt 16, 17 und beispielsweise mit zwei Kontakten 16, 17 ausgestattet sein. Alternativ können Anschlusskontakte 16‘, 17‘ die Batteriezellen 3 direkt Batterieenergie leitend mit den Kontakten 16, 17 verbindbar sein. Die Leistungseinheit 15 kann Teil eines Batteriemanagementsystems der Vorrichtung 1 sein, das beispielsweise Ladezustände der Batteriezellen 3 ausgleicht.
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Beispielsweise kann der Boden 6 des Gehäuses 2 als ein Kühlelement ausgebildet sein, das im Betrieb der Vorrichtung 1 beispielsweise an die Batteriezellen 3 und/oder das wenigstens eine Ausgleichselement 4 angrenzt. Das Kühlelement kann Abwärme der Batteriezellen 3 direkt von diesen oder über das wenigstens eine Ausgleichselement 4 aufnehmen und abführen. Zur effizienten Abfuhr der Abwärme kann das Kühlelement von einem Kühltunnel 18 durchsetzt sein, durch den im Betrieb der Batterie 1 ein Kühlmedium strömen kann. Alternativ kann das Kühlelement auch als ein separates Teil ausgebildet und beispielsweise zwischen dem Boden 6 und dem Batteriezellenpaket 5 angeordnet sein.
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Um die Kontakte 16, 17 einfach kontaktieren zu können, kann der Deckel 7 wenigstens eine und insbesondere zwei Kontaktdurchführungen 19, 20 aufweisen, durch die die Kontakte 16, 17 im zusammengebauten Zustand der Vorrichtung 1 ragen.
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Ferner kann der Deckel 7 eine Anschlussöffnung 21 aufweisen, die ins freie Volumen V führt und durch die im Betrieb der Formiervorrichtung 1 von den Batteriezellen 3 abgegebene Gase aus dem Gehäuse 2 geleitet werden können. Des Weiteren kann das Gehäuse 2 mit einem Steckelement 22 versehen sein, das beispielsweise in den Deckel 7 mit Kunststoff eingespritzt ist. Das Steckelement 22 ist vorzugsweise ausgebildet, um eine Überwachungselektronik der Vorrichtung 1 mit einer außerhalb der Batterie 1 angeordneten Steuereinrichtung zu verbinden. Die Überwachungselektronik kann als ein Bauteil 23 am Deckel 7 befestigt und elektrisch leitfähig sowohl mit dem Steckelement 22 als auch über Zellverbinder 24, 25 mit den Batteriezellen 3 und/oder der Leistungseinheit 15 verbunden sein. Das Bauteil 23 und/oder die Zellverbinder 24, 25 können beispielsweise formschlüssig im Deckel 7 aufgenommen und insbesondere in den Deckel 7 eingelegt oder beispielsweise über im Deckel 7 bereitgestellte Rastelemente eingeklipst sein.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ausgleichselements 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, wobei für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet sind. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
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Das Ausgleichselement 4 des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiels weist mehrere Ausgleichsmatten M auf, die miteinander unverlierbar verbunden sind. Die Ausgleichsmatten M sind in der Stapelrichtung S hintereinander und parallel zur Ebene E angeordnet. Zwischen jeweils zwei in der Stapelrichtung S aufeinanderfolgende Ausgleichsmatten M ist entweder ein Boden 30 oder ein Deckel 31 angeordnet, wobei der Boden 30 oder der Deckel 31 die beiden aufeinanderfolgenden Ausgleichsmatten M miteinander verbindet. Die beiden aufeinanderfolgenden Ausgleichsmatten M sind insbesondere am Boden 30 oder am Deckel 31 befestigt und beispielsweise mit diesem aus einem Stück gefertigt. Zum Beispiel können die Ausgleichsmatten M sowie die Böden 30 und die Deckel 31 aus einem mäander- oder schlaufenförmig angeordneten flächigen Element, beispielsweise eine Elastomermatte, gefertigt sein. Das in der 2 dargestellte Ausgleichselement 4 besteht insbesondere aus dem flächigen Element.
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Die aufeinanderfolgenden Ausgleichsmatten M und der diese miteinander verbindende Boden 30 oder Deckel 31 formen eine Aufnahmetasche 32 aus, in der eine der Batteriezellen 3 aufnehmbar ist. Das Ausgleichselement 4 kann mehrere entlang der Stapelrichtung S hintereinander angeordnete Aufnahmetaschen 32 aufweisen, wobei die Aufnahmetaschen 32 abwechselnd sich in oder entgegen der Höhenrichtung H öffnende Aufnahmeöffnungen 33 aufweisen.
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Die Batteriezellen 3 können alle gleich orientiert in den Aufnahmetaschen 32 angeordnet sein, sodass deren Anschlusskontakte 16‘, 17‘ in die Höhenrichtung H weisen. Damit die Anschlusskontakte 16‘, 17‘ aller Batteriezellen 3 einfach kontaktierbar sind, können zumindest die Deckel 31 mindestens eine Kontaktöffnung 34 für jeden der Anschlusskontakte 16‘, 17‘ aufweisen. Die Kontaktöffnung 34 kann zum Beispiel in den Deckel 31 und insbesondere in die flächige Elastomermatte gestanzt sein.
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Quer zur Stapelrichtung S und zur Höhenrichtung H können alle und insbesondere die sich in der Höhenrichtung H öffnenden Aufnahmetaschen 32 Seitenelemente 35 aufweisen, welche ein Herausrutschen der Batteriezellen 3 aus den Aufnahmetaschen 32 senkrecht zur Stapelrichtung S und zur Höhenrichtung H verhindern und die aufeinanderfolgenden Ausgleichsmatten M beispielsweise miteinander unverlierbar verbinden. Die Seitenelemente 35 sind beispielsweise bandförmig ausgeformt und erstrecken sich in der Stapelrichtung S. Vorzugsweise sind die Seitenelemente 35 als Seitenwände ausgeformt, die die jeweilige Aufnahmetasche 32 quer zur Stapelrichtung S und zur Höhenrichtung H vollständig verschließen. Derartig ausgestaltete Seitenelemente 35 sichern nicht nur die jeweilige Batteriezelle 3 gegen ein Herausfallen. Vielmehr können diese wandförmigen Seitenelemente 35 dafür sorgen, dass das Ausgleichselement 4 die Aufnahmetasche 32 selbsttragend ausbildet, wodurch sich die Batteriezellen 3 leichter in die Aufnahmetaschen 32 einbringen lassen. Um die Aufnahmetaschen 32 stabiler auszubilden, können die Seitenelemente 35 an allen an den Ausgleichsmatten M und dem Boden 30 oder dem Deckel 31 angrenzenden Rändern 36 zumindest punktuell oder linienförmig befestigt sein.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Formieren mehrerer Batteriezellen schematisch als ein Flussdiagramm. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elementen der Ausführungsbeispiele der bisherigen Figuren entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet.
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3 zeigt das Verfahren 40 zum Formieren mehrerer Batteriezellen 3 mit fünf Verfahrensschritten 41 bis 45. Im ersten Verfahrensschritt 41 werden die zu formierenden Batteriezellen 3 in der Stapelrichtung S hintereinander und wenigstens ein Abschnitt des Ausgleichselements 4 zwischen zumindest zwei der zu formierenden Batteriezellen 3 angeordnet. Insbesondere werden die Batteriezellen 3 und die Abschnitte des Ausgleichselements 4 oder mehrere Ausgleichselemente 4 abwechselnd nacheinander entlang der Stapelrichtung S angeordnet. Alternativ können die zu formierenden Batteriezellen 3 in die Aufnahmetaschen 32 eingesetzt beziehungsweise die Aufnahmetaschen 32 auf die Batteriezellen 32 aufgesetzt werden.
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Im auf den Verfahrensschritt 41 folgenden Verfahrensschritt 42 werden die Batteriezellen 3 zusammen mit dem Ausgleichselement 4 oder den Ausgleichselementen 4 parallel zur Stapelrichtung S verspannt oder verpresst, sodass das Ausgleichselement 4 oder die Ausgleichselemente 4 zumindest abschnittsweise elastisch zusammengedrückt werden. Zum Verpressen kann ein Spannband um die Batteriezellen 3 und das Ausgleichselement 4 gewickelt und verspannt werden. Alternativ können die Batteriezellen 3 und das Ausgleichselement 4 oder die Ausgleichselemente 4 entlang der Stapelrichtung S zusammengedrückt und gehalten werden, zum Beispiel durch Stirnseiten 13, 14 des Gehäusekörpers 8.
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Die miteinander und mit dem Ausgleichselement 4 bzw. den Ausgleichselementen 4 verpressten Batteriezellen 3 werden im nun folgenden Verfahrensschritt 43 formiert, indem diese beispielsweise wiederholt aufgeladen und entladen werden.
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In einem optionalen und auf den Verfahrensschritt 43 folgenden Verfahrensschritt 44 wird das Ausgleichselement 4 beziehungsweise werden die Ausgleichselemente 4 von den Batteriezellen 3 entfernt. Alternativ kann das Ausgleichselement 4 beziehungsweise können die Ausgleichselemente 4 auch zwischen oder an den Batteriezellen 3 belassen werden. Insbesondere können die Batteriezellen 3 mit dem Ausgleichselement 4 oder den Ausgleichselementen 4 verpresst bleiben.
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In einem weiteren optionalen Verfahrensschritt 45 können zumindest die erfolgreich formierten Batteriezellen 3 in ein Gehäuse einer Batterie eingesetzt werden. Wurden alle der zu formierenden Batteriezellen 3 erfolgreich formiert, können diese womöglich gemeinsam in das Gehäuse der Batterie eingesetzt werden. Insbesondere können die miteinander und mit dem Ausgleichselement 4 oder mit den Ausgleichselementen 4 verpressten Batteriezellen 3 in das Gehäuse der Batterie eingesetzt werden.
